1. etapas del método científico - ies castilblanco de ... · pdf filecalcula la...

M E D I D A Y M É T O D O C I E N T Í F I C O11. Etapas del método científico

Clasifica las siguientes sustancias utilizando el criterio que estimes oportuno: plata, arena, patata,cebolla, agua, sal, leche, flor, nube, raíz, músculo y cerebro.

Distingue entre observación y descubrimiento en esta secuencia:

En 1581, Galileo observaba el movimiento de oscilación de la lámpara que colgaba del techoen la catedral de Pisa. Con el pulso de su muñeca midió el tiempo que la lámpara invertía en cadaoscilación.

En 1561, Galileo descubrió la ley del péndulo que revolucionó la industria de la relojería e inventóun aparato para medir el pulso.

Para emitir una hipótesis es indispensable la imaginación pero no el exceso de imaginaciónque aparece en este texto:

El rayo, destructivo y terrorífico, es lanzado como un arma y a juzgar por el daño que causaparece como si se tratara realmente de un arma arrojadiza de inusitada violencia. Semejantearma debe ser lanzada por un ser proporcional a la potencia de la misma, por eso el truenoes el martillo de Thor y el rayo la centelleante lanza de Zeus. Las armas sobrenaturales sonmanejadas por seres sobrenaturales.

a) ¿Qué hipótesis realiza el autor del texto sobre la naturaleza del rayo y del trueno?

b) ¿Conoces algunos de los mitos que se mencionan en el texto?

c) ¿Qué hipótesis realizarías sobre la naturaleza del rayo y el trueno?

d) ¿Conoces el nombre de algún científico que se haya dedicado a investigar la naturalezade los rayos?

Para experimentar con un nuevo medicamento se han realizado pruebas con dos gruposde enfermos: a uno se le suministró el fármaco y al otro no.

a) ¿Cuál es el grupo de control?

b) ¿Cuál es la variable?

c) ¿Qué se pretende conseguir con el grupo de control?

En muchas ocasiones habrás observado los efectos del rozamiento entre los objetos.Supongamos que te interesas por este fenómeno y haces la hipótesis siguiente: el rozamientoes debido a las rugosidades existentes en las superficies de los cuerpos en contacto.¿Qué experimento o experimentos diseñarías para comprobar si estás o no en lo cierto?

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M E D I D A Y M É T O D O C I E N T Í F I C O11. Etapas del método científico

En una carrera se han medido los tiempos en diferentes puntos de la misma; los resultados serecogen en la siguiente tabla:

Representa gráficamente estos resultados.

a) ¿Qué espacio recorre a los 15 s?

b) ¿Qué tiempo se necesita para recorrer 180 m?

c) ¿Cuántos metros se han recorrido a los 50 s?

La gráfica representa la velocidad de llenado de un recipiente en el que se vierte agua de manerauniforme.

a) ¿Qué volumen de agua contiene el recipiente cuando han transcurrido 8 s?

b) Si se supone que el volumen máximo que admite este recipiente es de 35 cm3, ¿cuánto tiempose tardaría en llenarlo?

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volumen(cm3)

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M E D I D A Y M É T O D O C I E N T Í F I C O12. La medida

Indica cuáles de los siguientes conceptos pueden ser considerados magnitudes físicas y cuáles no:grosor, color, edad, distancia, masa, velocidad, potencia y sabor.

Expresa en unidades SI el valor de las siguientes medidas:

a) 2,5 km d) 25 000 ns

b) 100 mg e) 300 �g

c) 6 h f) 3 MW

En la tabla se muestran las temperaturas medias que se alcanza en verano y en invierno enalgunas ciudades europeas. Ordénalas de menor a mayor temperatura en grados centígradosy en kelvin.

Una piscina tiene 20 m de largo, 10 m de ancho y 2 m de profundidad. ¿Cuál es su capacidad?

Tienes un vaso lleno de agua, echas una canica y se derraman 13 cm3 de agua.¿Cuál es el volumen de la canica?

En una experiencia para determinar la densidad del mercurio medimos la masa de un recipientevacío y después la masa de este recipiente con cierto volumen de mercurio. Calcula la densidaddel mercurio con los datos que hemos obtenido.

Masa del recipiente vacío � 67,43 g

Volumen del mercurio � 14,28 cm3

Masa del recipiente con el mercurio � 263,02 g

La altura de una torre, desde su base hasta la parte más elevada, es 115 m. Expresa esta alturaen mm, cm, dm y km.

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Verano

Invierno

25 °C

282 K

Nápoles

301 K

11 °C

Sevilla

18,5 °C

251 K

Omsk (Rusia)

298 K

12 °C

Cádiz

19 °C

272,5 K

Praga


M E D I D A Y M É T O D O C I E N T Í F I C O12. La medida

La masa de varios volúmenes del mismo material se mide y se registra en la siguiente tabla:

a) ¿Qué instrumentos se han utilizado para realizar esta experiencia?

b) ¿Cómo determinarías los volúmenes de este material si se trata de sólidos irregulares?

c) Representa gráficamente la masa frente al volumen.

d) ¿Qué relación existe entre ambas magnitudes? ¿Cuál es su valor?

e) ¿Cuál será la masa de 250 cm3 de este material?

f) ¿Cuál será el volumen de 0,600 kg de este material?

Distingue entre precisión y sensibilidad de un instrumento de medida. ¿Por qué decimos que uncronómetro que aprecia décimas de segundo es más preciso que un reloj que aprecia segundos?¿Cuál de estos dos instrumentos de medida es más sensible?

¿Qué cantidad es mayor: 1 500 g o 1,6 kg; 1,8 m o 2 000 mm; 2 500 m o 2 km; 150 min o 2 h;2 g/cm3 o 2 000 kg/m3?

Explica detalladamente cómo calcularías en el laboratorio la densidad de un trozo de mineral.Redáctalo a la manera de un informe científico.

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m (kg)

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0,25

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0,50

1 000

0,75

1 500

1,00

2 000

1,25 1,50

2 500 3 000


L A D I V E R S I D A D D E L A M A T E R I A21. Concentración de una disolución¿Qué masa de cloruro de potasio, KCl, se necesita para preparar 100 mL de disolución quecontenga una concentración de 0,7 g/L?

Necesitamos preparar 100 g de una disolución de hidróxido de sodio, NaOH, al 20 % en masa.¿Qué masa de hidróxido de sodio y de agua se necesita?

Un preparado comercial para limpiar manchas de grasa en tejidos se compone de 80 % envolumen de tetracloruro de carbono (buen disolvente de muchos compuestos), CCl4, 16 % deligroina (sustancia disolvente) y 4 % de alcohol amílico. ¿Qué volumen en cm3 hay que tomarde cada uno de estos disolventes para preparar 75 cm3 de limpiamanchas de grasa?

¿Qué masa de ácido acético hay en 450 g de una disolución cuya concentración en tanto porciento en masa es 10 %?

Calcula la concentración en tanto por ciento en masa de una disolución preparada disolviendo1,90 g de cloruro de sodio en 57,5 g de agua.

Necesitamos preparar 50 g de disolución de etanol al 10 % en masa. ¿Qué masa de etanol y aguadeberemos mezclar?

En el envase de cierta crema antiinflamatoria podemos leer:

� Composición cuantitativa por 100 g: Piroxicam 0,5 g.

Si el envase de crema es de 60 g, ¿qué cantidad de piroxicam contiene el envase?

En la etiqueta de un colutorio podemos leer:

� Fluoruro de sodio 0,022 1 %, eucaliptol 0,092 2 %, mentol 0,042 5 %, timol 0,063 9 %, salicilato demetilo 0,066 %.

Si el frasco de colutorio es de 500 mL, ¿cuál es el volumen de cada una de estas sustanciasen el frasco?

En el prospecto de cierto colirio podemos leer:

� Cada mL contiene: neomicina 3,5 mg, dexametasona 1 mg, benzalconio 0,04 mg.

� El envase es de 5 mL.

Averigua:

a) La masa de cada una de estas sustancias que está disuelta en los 5 mL.

b) La concentración en g/L de cada una de ellas.

¿Qué volumen de alcohol contiene una botella de 1 L de un licor en cuya etiqueta se puede leer25 % en volumen?

Sabiendo que la densidad del alcohol es de 0,8 g/mL, calcula cuántos gramos de alcohol contiene1 L de este licor.

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L A D I V E R S I D A D D E L A M A T E R I A22. Solubilidad de los gases en agua

Mediante dos experimentos vamos a estudiar de qué factores depende la solubilidad de losgases en agua.

Experimento 1Medimos la masa (en gramos) de oxígeno y de dióxido de carbono que se disuelven en 1 L de aguaa diferentes temperaturas. En esta experiencia, la presión se mantiene constante (1 atm).

a) ¿Cómo varía la solubilidad del oxígeno y del dióxido de carbono en el agua al aumentar la temperatura?

b) ¿Puedes explicar por qué el tapón de una botella de cava sale con más fuerza cuando la botellaestá a temperatura normal que cuando está recién sacada de un frigorífico?

c) Ciertas especies acuáticas acostumbradas a aguas frías pueden morir al ser trasladadas a aguasmás cálidas. ¿Por qué?

Experimento 2Medimos la masa de gas (en gramos) disuelto en 1 L de agua a diferentes presiones. En estecaso se mantiene una temperatura constante de 25 °C.

a) ¿Cómo varía la solubilidad del oxígeno en el agua al aumentar la presión?

b) ¿Por qué escapa rápidamente el gas de una lata o de una botella de refresco cuando las abrimos?

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Solubilidad (g soluto/L agua)

0 °C 20 °C 40 °C 60 °C

O2

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0,07

3,3

0,04

1,7

0,03

1,0

0,02

0,6

Solubilidad del oxígeno en

agua a 25 °C (g/L)

0,4 atm 0,5 atm 0,8 atm 1 atm

0,016 0,022 0,032 0,040


L A D I V E R S I D A D D E L A M A T E R I A23. Concentración y curvas de solubilidad

Preparamos una disolución que contiene 10 g de nitrato de potasio y 15 g de cloruro de potasioen 475 g de agua.

a) ¿Cómo clasificarías esta disolución según el número de sus componentes?

b) Distingue entre soluto y disolvente en esta disolución.

c) Calcula el tanto por ciento en masa de cada soluto en la disolución obtenida.

La composición por sobre de cierto antiácido es almagato (1,5 g) y disolvente (15 mL).

a) ¿Cuál es la concentración en masa de esta disolución?

b) Si la masa de cada sobre es de 2 g, ¿cuál es el tanto por ciento en masa del almagato?

Según los datos contenidos en la gráfica:

a) ¿La solubilidad de qué sustancia varía más rápidamente con la temperatura?

b) ¿Cuál es la solubilidad del clorato de sodio a 10 °C? ¿Y a 25 °C?

c) ¿La solubilidad de qué sustancia varía menos con la temperatura?

d) ¿Qué masa de sulfato de potasio se disuelve en 100 g de agua a 20 °C?

e) ¿Qué masa de nitrato de potasio se formará si una disolución saturada en 100 g de aguase enfría desde 55 °C a 15 °C?

f) ¿Cómo prepararías una disolución saturada de sulfato de cobre hidratado a 45 °C?¿Y una disolución sobresaturada a la misma temperatura?

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masa de cristales (g) que se disuelvenen 100 g de agua

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0 20 30 40 50 60 70 80 90 100

temperatura (oC)

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clorato de sodio

nitrato de potasio

sulfato de cobres(II)hidratado

cloruro de sodio

sulfato de potasio


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1. El barómetroLos barómetros se utilizan para medir las variaciones de la presión atmosférica. El primerbarómetro fue construido por el matemático y físico italiano Evangelista Torricelli (1608-1647) en un célebre experimento que demostró la existencia de la presión atmosférica y per-mitió medirla.

Torricelli llenó con mercurio un tubo delgado devidrio de aproximadamente un metro de longitud y1 cm2 de sección, cerrado por uno de sus extremos;taponó el orificio de su extremo libre con un dedo,lo sumergió boca abajo en una cubeta, llena tambiénde mercurio, y retiró el dedo.

El nivel del mercurio en el interior del tubo descen-dió hasta alcanzar una altura de 760 mm por encimade la superficie libre del mercurio de la cubeta, que-dando vacía la parte superior del tubo. Por estarazón, la presión atmosférica se mide a veces enmilímetros de mercurio (mmHg).

La presión atmosférica normal equivale a la presiónejercida por una columna de mercurio de 760 mmde altura y se denomina atmósfera (atm).

Actividades¿Cómo construirías un barómetro a partir de esta experiencia?

Inicialmente, el tubo utilizado por Torricelli estaba lleno de mercurio. Cuando el nivel del mercuriodescendió, ¿qué quedó en el espacio libre de la parte superior del tubo?

¿Qué otros experimentos conoces que demuestren la existencia de la presión atmosférica?

Completa esta tabla de medidas de la presión:

La presión de un gas en el interior de un tubo de vacío es aproximadamente de una diezmilésimaparte de atmósfera. Expresa esta presión en mmHg y en mb.

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Atmósferas

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mmHg Milibares

760 mm


M A T E R I A Y P A R T Í C U L A S32. Las leyes de los gases

Lee detenidamente las PRECAUCIONES de uso de un spray:

a) ¿Cómo es el volumen de un recipiente en spray?

b) ¿Cómo se encuentra el gas en el interior del recipiente?

c) ¿Qué sucede con la presión del gas si aumentamos la temperatura?

d) Si la temperatura del recipiente se incrementa desde 25 °C hasta 50 °C, ¿en qué relación varía la presión?

e) ¿Por qué no se debe exponer el recipiente a los rayos solares, quemarlo o aumentar su temperatura por encima de 50 °C?

De acuerdo con la primera ley de Gay-Lussac, a presión constante, el volumen y la temperaturason directamente proporcionales; ¿es correcto decir que si la temperatura pasa de 1 °C a 2 °C, el volumen del gas se duplica? ¿Por qué?

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Recipiente a presión. Protéjase de los rayos solares y evítese exponerloa temperaturas superiores a 50 °C. No perforar ni quemar incluso des-pués de usado.


M A T E R I A Y P A R T Í C U L A S33. La teoría cinética y los estados

de agregaciónDescribe dos estrategias experimentales que demuestren que la materia está formada por partículas.

Cuando un cristal de permanganato de potasio se deposita en el fondo de un vaso con agua, esta adquiere lentamente un color púrpura. Explica este hecho de acuerdo con la teoría cinética de la materia.

En un día soleado podemos observar el polvo en suspensión en el aire cuando el sol penetra por la rendija de una ventana. Explica por qué las partículas de polvo están en continuo movimiento.

¿Cuáles de estos dibujos representan un sólido, un líquido o un gas?

a) b) c)

Asocia estas propiedades al estado sólido, líquido o gaseoso.

a) Tiene volumen y forma variables.

b) Las partículas constituyen grupos que vibran y cambian de posición.

c) Tiene volumen y forma constante.

d) Existen grandes fuerzas de atracción entre sus partículas.

e) Tiene volumen constante y forma variable.

f) Las partículas se mueven libremente a gran velocidad.

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M A T E R I A Y P A R T Í C U L A S34. La teoría cinética y los cambios

de estadoSi vertemos en una mano una pequeña cantidad de agua y en la otra la misma cantidad de colonia, ¿por qué la que tiene la colonia se seca antes?

¿Cómo se mantiene la temperatura de una sustancia pura durante un cambio de estado?

Cita tres propiedades características de una sustancia pura.

Basándote en la teoría cinética, explica la estructura del agua en los distintos estados de agregación.

¿Por qué en las instrucciones de uso de los aerosoles aparece la advertencia: «No exponer a temperaturas superiores a 50 °C»?

Describe el cambio de estado que se produce en las siguientes situaciones:

a) Un cubito de hielo en un refresco.

b) Los cristales que se empañan.

c) La escarcha en una ventana.

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T E O R Í A A T Ó M I C O M O L E C U L A R41. Sobre las leyes de las reacciones

químicas¿Qué masa de azufre reaccionará completamente con 4 g de cobre para obtener sulfuro de cobre?

Recuerda que la proporción en la que reaccionan es:

� 4

¿Qué masa de sulfuro de cobre se obtiene con los datos del ejercicio anterior?

En la reacción de combustión del carbono para dar dióxido de carbono, 6 g de carbonoreaccionan con 16 g de oxígeno. ¿Qué masa de dióxido de carbono se obtiene?

Halla, con los datos del ejercicio anterior, el porcentaje de carbono y de oxígeno en el dióxido de carbono.

En atmósfera de cloro arden 27 g de aluminio para dar 133,5 g de cloruro de aluminio. ¿Qué cantidad de cloro se ha consumido en la reacción?

Halla, con los datos del ejercicio anterior, el porcentaje de aluminio y de cloro en el cloruro de aluminio.

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masa de cobre

masa de azufre

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T E O R Í A A T Ó M I C O M O L E C U L A R41. Sobre las leyes de las reacciones químicas

La cal apagada (hidróxido de calcio) se utiliza para blanquear las paredes y las fachadas de lascasas. El hidróxido de calcio se prepara haciendo reaccionar la cal viva u óxido de calcio con agua.

¿Por qué decimos que se trata de una reacción química y no de una disolución de óxido de calcioen agua?

Completa la siguiente tabla de valores:

¿Qué ley de las reacciones químicas has empleado para calcular los valores anteriores?

Comprueba que las cantidades de los reactivos guardan una proporción constante en los trescasos:

� � �

¿Qué masa de agua reacciona completamente con 5,6 g de óxido de calcio? ¿Qué masa de hidróxido de calcio se obtiene en este caso?

¿Qué masa de óxido de calcio reacciona totalmente con 3,6 g de agua? ¿Qué masa de hidróxidode calcio se obtiene?

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masa de óxido de calcio

masa de agua

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Óxido de calcio(cal viva)

56 g 18 g

28 g 37 g

AguaHidróxido de calcio

(cal apagada)

36 g 148 g


T E O R Í A A T Ó M I C O M O L E C U L A R42. Cantidad de sustancia, mol,

y volumen molarCompleta las frases siguientes:

a) El mol, unidad de designa todo conjunto de partículas idénticas que contenga

de estas partículas.

b) Un mol de hidrógeno contiene moléculas de hidrógeno y ocupa

litros en condiciones normales de presión y temperatura.

c) mol de hidrógeno contiene 6,022 · 1022 moléculas de hidrógeno y ocupa

litros en condiciones normales de presión y temperatura.

d) mol de hidrógeno contiene moléculas de hidrógeno y ocupan

2,24 litros en condiciones normales de presión y temperatura.

¿Dónde hay más moléculas en 10 mol de hidrógeno, H2, o en 10 mol de metano, CH4? ¿Por qué?

¿Dónde hay más moléculas: en 500 cm3 de nitrógeno, N2, o en 500 cm3 de amoniaco, NH3,medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura? ¿Por qué?

Indica cuáles de las siguientes respuestas son verdaderas. Para disponer de 0,1 mol de nitrógenohay que tomar:

a) 22,4 L de este gas en condiciones normales de presión y temperatura.

b) 6,022 �1022 moléculas de este gas.

c) 2,24 L de este gas en condiciones normales de presión y temperatura.

d) 6,022 �1024 moléculas de este gas.

Completa esta tabla. Todas las cantidades están en condiciones normales de presión y temperatura.

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Volumen 224 L de H2

3 molCantidad de sustancia

Número de moléculas

6,022 � 1026


E S T R U C T U R A A T Ó M I C A51. Electrización de la materia

Si la carga del electrón es 1,6 � 10�19 C, ¿cuál es la carga de 6,25 � 1019 electrones?

¿Qué ocurre si el número de electrones en un cuerpo es menor que el de protones?

¿Qué sucede si el número de electrones en un cuerpo es mayor que el de protones?

¿Qué ocurre cuando una persona que tiene el pelo muy seco se peina con un peine de plástico?

Si se acerca un cuerpo cargado a un péndulo eléctrico descargado, este es atraído por el cuerpo;¿cómo se explica esta atracción si el péndulo no está cargado?

¿Por qué muchos automóviles llevan una cadena o una cinta metálica que va arrastrando por la carretera?

¿Para qué sirve un electroscopio?

¿Qué es un péndulo eléctrico?

¿Por qué es muy peligroso refugiarse debajo de un árbol cuando nos sorprende una tormenta en el campo?

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E S T R U C T U R A A T Ó M I C A52. La ley de Coulomb

Completa los enunciados siguientes:

a) Las cargas del mismo signo se ; entre ellas se origina una fuerza de .

b) Las cargas de distinto signo se ; entre ellas se origina una fuerza de .

c) La fuerza ejercida entre dos cargas eléctricas es al producto

de dichas cargas e al cuadrado de la distancia que las separa.

Completa el siguiente texto:

Los experimentos de electrización ponen de manifiesto no solo que hay dos tipos de cargas

eléctricas, sino que existen también dos tipos de fuerzas eléctricas y .

Las primeras actúan entre cargas eléctricas distintas; las segundas lo hacen entre cargas idénticas.

Los nombres que reciben estos dos tipos de carga son y .

Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas y corrige estas últimas:

a) La fuerza ejercida entre dos cargas eléctricas es siempre atractiva.

b) La fuerza eléctrica solo depende del valor de las cargas y de la distancia a la que estas se encuentran entre sí.

c) La fuerza con que se atraen dos cargas se hace cuatro veces menor al duplicar la distancia quelas separa.

Calcula con qué fuerza se repelen dos cargas del mismo signo de 2,5 �C que se hallan separadas10 cm:

a) Si se encuentran en el vacío.

b) Si se encuentran en el agua.

c) Si se encuentran en el vidrio.

Consulta en la página 98 del Libro del alumno los valores de la constante k en los diferentesmedios.

Una carga de �5 C se encuentra en el vacío a 100 m de distancia de otra carga de �5 C. ¿Qué ocurrirá entre ellas?

Calcula la fuerza de repulsión que actúa entre dos cargas positivas de 1�C que se encuentranseparadas 10 cm:

a) En el vacío.

b) En el agua.

c) En el vidrio.

Consulta en la página 98 del Libro del alumno los valores de la constante k en los diferentes medios.

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E S T R U C T U R A A T Ó M I C A52. La ley de Coulomb

Completa la siguiente tabla para dos cargas positivas de 10�6 C situadas en el vacío (k � 9 � 109 N � m2/C2).

Representa gráficamente la fuerza de repulsión entre las dos cargas anteriores en función de la distancia que las separa:

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Distancia (m) Fuerza (N)

10�2

2 � 10�2

3 � 10�2

4 � 10�2

5 � 10�2


E S T R U C T U R A A T Ó M I C A53. Isótopos

Se llaman isótopos aquellos átomos de un mismo elemento que tienen el mismo

, pero que se distinguen entre sí por tener diferente .

¿Qué analogías y diferencias existen entre los isótopos de un mismo elemento?

¿Cuáles de estos átomos son isótopos?

35X 34Y 34Z 35R 36Q

De cuatro átomos, A, B, C y D, sabemos que tienen:

a) ¿Cuáles pertenecen a isótopos diferentes del mismo elemento?

b) ¿Son B y C átomos del mismo elemento? ¿Y C y D?

Invéntate los datos de dos átomos, Z y Q, de manera que sean isótopos de un mismo elementoimaginario.

El protio, el deuterio y el tritio son isótopos. Sus estructuras son:

a) Copia y completa las claves siguientes:

representa

� representa

� representa

b) ¿Cuál es el número másico del protio, del deuterio y del tritio?

Rellena las casillas en blanco de la tabla siguiente:7

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A B C

17 protones 17 protones 18 protones 18 protones

18 neutrones 19 neutrones 19 neutrones 20 neutrones

D

�

�

�

�

�

�

protio deuterio tritio

Ca

F

N.º atómico

20

protones electrones

9

neutrones

20

N.º másico

19P 15 16

N 7 14


E S T R U C T U R A A T Ó M I C A54. Isótopos y masa atómica relativa¿Tenía razón Dalton cuando afirmaba que todos los átomos de un mismo elemento sonexactamente iguales entre sí?

¿Se pueden considerar elementos diferentes los átomos que tienen el mismo número atómico, pero diferente número másico?

¿Qué nombre reciben estos átomos?

Un isótopo del oxígeno se representa por 208O. ¿Qué fila de la tabla contiene el número correcto

de partículas en un átomo de este isótopo?

¿Qué inconvenientes crees que tiene medir la masa de los átomos en kilogramos o gramos?

Averigua la masa atómica relativa de un elemento formado por una mezcla de dos isótopos: un 90 % de un isótopo de masa atómica 100 y un 10 % de un isótopo de masa atómica 102.

Suponiendo que el hidrógeno natural esté formado por un 98 % de protio, un 1 % de deuterio y un 0,1 % de tritio, calcula la masa atómica relativa del hidrógeno.

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N.° de electrones N.° de protones

A 8 8 20

B 8 8 12

C 12 8 8

D 8 12 8

N.° de neutrones


E S T R U C T U R A A T Ó M I C A55. Dibujando átomos

Dibuja diagramas que representen los tres isótopos del hidrógeno. ¿Qué tienen en común? ¿Qué los diferencia?

Dibuja un átomo de nitrógeno que tiene 7 protones, 7 neutrones y 7 electrones.

Dibuja un posible isótopo del átomo anterior.

Dibuja un átomo de oxígeno que tiene 8 protones, 8 neutrones y 8 electrones.

Dibuja un posible isótopo del átomo anterior.5

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E L E M E N T O S Y C O M P U E S T O S61. La tabla periódica

¿Cuál fue la contribución de Döbereiner a la clasificación de los elementos?

¿Qué representa el símbolo químico de un elemento? ¿Qué regla ortográfica siguen los símbolosde los elementos?

¿Qué tienen en común los elementos de la tabla periódica que están colocados en una mismafila?

Responde si es verdadera la siguiente afirmación: «Los elementos de cada fila forman un período y poseen el mismo número de capas electrónicas».

¿Qué tienen en común los elementos de la tabla periódica colocados en una misma columna?

Responde si es verdadera la siguiente afirmación: «Los elementos que están en una mismacolumna forman un grupo y tienen propiedades físicas y químicas parecidas».

¿Cuál es el elemento número 9 en la tabla periódica? ¿A qué grupo y período pertenece? ¿Qué elementos comparten con él grupo y período?

Escribe el nombre y el símbolo químico de cinco elementos que tengan el mismo número de capas electrónicas que el silicio.

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E L E M E N T O S Y C O M P U E S T O S62. Átomos y moléculas

Utilizando la tabla periódica y el diagrama del modelo de Bohr (distribución de los electrones enlas capas) que estudiaste en la unidad anterior, completa la siguiente tabla:

a) ¿Cuántos electrones tienen en su última capa los elementos del grupo 18?

b) ¿Cuál es el número máximo de electrones que en cada caso puede albergar esa última capa?

A partir de la estructura del agua, justifica la variación anómala de la densidad al fundir el hielo y al calentar el agua desde 0 °C a 4 °C.

Busca información sobre los siguientes compuestos moleculares: amoniaco, NH3; tetracloruro de carbono, CCl4; metano, CH4; benceno, C6H6 y naftaleno, C10H8. ¿Qué propiedades tienen en común?

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Elemento

Helio

Neón

Argón

Criptón

Símbolo Z N.º de electrones Configuración electrónica

Xenón


E L E M E N T O S Y C O M P U E S T O S63. Formando agregados de iones

¿Cuántos electrones tiene un átomo de litio?

a) Dibuja un diagrama del átomo de litio con sus capas electrónicas.

b) ¿Cómo puede conseguir este metal tener su última capa completa?

c) Dibuja la estructura del ion litio y represéntalo mediante su correspondiente símbolo.

¿Cuántos electrones tiene un átomo de flúor?

a) Dibuja un diagrama del átomo de flúor con sus capas electrónicas.

b) ¿Cómo puede conseguir este no metal tener su última capa completa?

c) Dibuja la estructura del ion flúor y represéntalo mediante su correspondiente símbolo.

Dibuja un diagrama que muestre lo que sucede cuando un átomo de litio está en presencia de un átomo de flúor.

� ¿Mediante qué tipo de unión lo hacen?

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E L E M E N T O S Y C O M P U E S T O S64. Cantidad de sustancia

Calcula la masa molar de los óxidos de hierro FeO y Fe2O3. ¿Qué óxido de hierro tiene mayorporcentaje de hierro?

El nitrato de potasio, KNO3, y el nitrato de sodio, NaNO3, son dos compuestos iónicos que seutilizan como abonos nitrogenados. Calcula la masa molar de cada uno de ellos y averigua cuál de los dos tiene mayor porcentaje de nitrógeno.

¿Cuál es la masa molar del hidróxido de potasio, KOH?

¿Qué cantidad de hidróxido de potasio hay en 56 g de esta sustancia?

¿Cuál es la masa de 2,5 mol de hidróxido de potasio?

¿Cuál es la masa molar del monóxido de carbono?

¿Cuántas moléculas de monóxido de carbono hay en 2 mol de este gas?

¿Cuántas moléculas de monóxido de carbono hay en 14 g de este gas?

¿Qué cantidad de monóxido de carbono hay en 6,022 � 1024 moléculas de este gas?

¿Cuál es la masa de 6,022 � 1022 moléculas de monóxido de carbono?10

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C A M B I O S Q U Í M I C O S Y S U S R E P E R C U S I O N E S71. Características de las reacciones

químicas¿Qué nombre reciben las reacciones químicas en las que se desprende energía?

¿Cómo se denominan las reacciones químicas que necesitan un aporte de energía durante todo el proceso?

Indica alguna reacción química que necesite aporte energético para iniciarse.

Escribe y ajusta las ecuaciones químicas de las reacciones siguientes:

a) La combustión de la glucosa (C6H12O6) en nuestro cuerpo para dar dióxido y agua.

b) La combustión del carbono para dar dióxido de carbono.

c) La oxidación del cobre para dar óxido de cobre(II).

d) La combinación del hidrógeno y el oxígeno para dar agua.

e) La reacción entre el trióxido de azufre y el agua para dar ácido sulfúrico.

f) La reacción del óxido de calcio y el agua para dar hidróxido de calcio.

Ajusta las siguientes ecuaciones químicas:

a) HCl (aq) � Ca(OH)2 (s) � CaCl2 (aq) � H2O (l)

b) CH4 (g) � O2 (g) � CO2 (g) � H2O (l)

c) Zn (s) � HCl (aq) � ZnCl2 (aq) � H2 (g)

d) Sb (s) � O2 (g) � Sb2O3 (s)

e) PCl3 (aq) � H2O (l) � H3PO3 (aq) � H2O (l)

Ajusta las ecuaciones químicas siguientes:

a) Ag (s) � O2 (g) � Ag2O (s)

b) Fe (s) � O2 (g) � FeO (s)

c) Li2O (s) � H2O (l) � LiOH (aq)

d) LiOH (aq) � H2SO4 (aq) � Li2SO4 (aq) � H2O (l)

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C A M B I O S Q U Í M I C O S Y S U S R E P E R C U S I O N E S72. Estequiometría de las reacciones

químicas¿Cuántos gramos de CO2 se forman al quemar 21 g de carbono?

C (s) � O2 (g) � CO2 (g)

¿Qué cantidad de agua se necesita para obtener 98 g de ácido sulfúrico a partir de la cantidadsuficiente de trióxido de azufre?

SO3 (g) � H2O (g) � H2SO4 (g)

La cal apagada (hidróxido de calcio) se prepara añadiendo agua a la cal viva u óxido de calcio:

CaO (s) � H2O (l) � Ca(OH)2 (aq)

a) ¿Qué cantidad de agua es necesaria para que reaccione totalmente con 1 mol de óxido de calcio?

b) ¿Qué masa de agua se requiere para que reaccione totalmente con 10 kg de óxido de calcio?

El nitrato de plata, AgNO3, reacciona con el cloruro de sodio, NaCl, ambos en disolución acuosa,para dar un precipitado blanco de cloruro de plata, AgCl, y nitrato de sodio, NaNO3.

a) Escribe y ajusta la ecuación química de esta reacción.

b) Calcula la cantidad de cloruro de plata que se obtiene cuando 1 mol de nitrato de platareacciona con la cantidad suficiente de cloruro de sodio.

c) Calcula la masa de cloruro de plata que se obtiene cuando 10 g de nitrato de plata reaccionancon una masa suficiente de cloruro de sodio.

d) ¿Qué cantidad de cloruro de sodio reacciona exactamente con 1 mol de nitrato de plata?

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C A M B I O S Q U Í M I C O S Y S U S R E P E R C U S I O N E S73. Tipos de reacciones químicas

Compara el comportamiento de las partículas de un sólido que está fundiendo con el de las partículas de un compuesto que se está descomponiendo.

Escribe y ajusta las siguientes reacciones de descomposición:

a) Descomposición por electrolisis del cloruro de potasio en cloro y potasio.

b) Descomposición por calentamiento del clorato de potasio en cloruro de potasio y oxígeno.

c) Descomposición por calentamiento del carbonato de cobre(II) en óxido de cobre(II) y dióxidode carbono.

d) Descomposición por electrolisis del cloruro de magnesio en magnesio y cloro.

¿Por qué crees que no se escribe en una ecuación química la presencia de un catalizador en la reacción?

¿Cuál puede ser el pH de una sustancia que sea a) muy ácida; b) ligeramente ácida; c) neutra; d) ligeramente básica y e) fuertemente básica?

¿Qué color darán las sustancias a) y e) en el papel indicador?

¿Qué sucede cuando reacciona un ácido con una base? Escribe la reacción del ácido clorhídrico,HCl, con el hidróxido de sodio, NaOH.

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L A E L E C T R I C I D A D81. Ley de Ohm

Fíjate en el siguiente experimento:

� Se ha montado un circuito como el de lafigura con un hilo de nícrom, una pila, unvoltímetro y un amperímetro. El voltímetromide la ddp existente entre los extremosdel hilo conductor, y el amperímetro, laintensidad de corriente que circula por él.

� Incorporamos ahora al circuito tres pilas en serie, es decir, aumentamos la fem de la fuente de energía.

� Tras medir la ddp y la intensidad quecircula por el circuito, se han obtenido losresultados que se observan en la tabla:

a) Representa los valores en una gráfica V-I.

b) ¿Qué tipo de gráfica has obtenido? ¿A qué ecuación matemática se ajusta?

c) ¿Depende o no la inten sidad de corriente que circula por el conductor de la ddp a la que lo conectemos? ¿Qué relación existe entre estas dos magnitudes?

Completa el cuadro siguiente:

¿Cómo se denomina la cantidad de electrones que circulan por unidad de tiempo?

Por un conductor circulan 60 culombios durante 1 minuto; ¿cuál es la intensidad de la corriente?

¿Qué nombre recibe la dificultad que ofrece un conductor al paso de los electrones?

¿Cómo se llama la energía que proporciona un generador a la unidad de carga que circula por el conductor?

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ddp/intensidad(V/A)

4,5

4,5

4,5

Magnitud

Fuerza electromotriz

Resistencia

Símbolo

V

I

P

Unidad

Energía


L A E L E C T R I C I D A D82. La selva de las unidades de energía

En el sistema internacional de unidades (SI), la unidad de trabajo y de energía es el julio, J, que se define como el trabajo realizado sobre un cuerpo por la fuerza de 1 N cuando lo desplaza 1 m en la dirección de la fuerza.

En física nuclear se utiliza como unidad el electrón voltio (eV), que es la energía que adquiere un electrón al pasar de un punto a otro entre los que hay una diferencia de potencial de 1 V. La equivalencia entre esta unidad y el julio es:

1 eV � 1,602 � 10�19 J

a) Un electrón posee una energía cinética de 3 eV; ¿cuál es su energía en julios?

b) Un microscopio electrónico utiliza electrones de 50 keV de energía; ¿cuál es la energía de estoselectrones en julios?

c) Expresa en electrón voltios la energía de una partícula de 1,64 � 10�18 J.

En la energía eléctrica se utiliza como unidad de producción el kilovatio por hora (kW � h), que se define como el trabajo realizado durante 1 h por una máquina que tiene una potencia de 1 kW. Su equivalencia con la unidad del SI es:

1 kW � h � 3,6 � 106 J

a) Expresa en julios la energía de una máquina que produce 25 kW � h.

b) Expresa en kilovatio por hora la energía de una máquina que produce 3,6 � 108 J.

c) Expresa en kilovatio por hora la energía de una máquina que produce 1,8 � 106 J.

Para evaluar la calidad energética de distintas fuentes de energía, se utiliza en la industria una unidad denominada tonelada equivalente de petróleo (tep), que se define como la energíaliberada en la combustión de una tonelada de crudo de petróleo. Su equivalente en unidades del SI es:

1 tep � 4,18 � 1010 J

� De determinada fuente de energía se dice que tiene un valor de 50 tep; ¿cuál es su equivalenciaen unidades del SI?

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L A E L E C T R I C I D A D83. Energía y electricidad

¿Qué intensidad de corriente circula por una estufa de 3 kW si está conectada a la red quesuministra 220 V de tensión?

¿Cuál es la resistencia de esta estufa?

¿Qué energía desprende esta estufa si está encendida durante 1 hora?

Calcula el número de electrones por segundo que circulan por un conductor para que la intensidad de la corriente sea de 0,5 A.

Dato: carga del electrón: 1,6 � 10�19 C

¿Cuál es la intensidad de corriente que circula por una bombilla en la que figura 220 V-100 W?¿Cuál es la resistencia de esta bombilla? ¿Qué cantidad de energía consume en una hora?

Calcula la potencia que consume un secador de pelo eléctrico si la tensión es de 220 V y laintensidad de 3 A.

¿Cuál es la potencia de una estufa que consume 1,5 kW · h en media hora?

Un radiador eléctrico de 1 250 W ha estado funcionando durante hora y media conectado a unaddp de 220 V. Calcula:

a) La energía que ha consumido.

b) La intensidad de la corriente que ha pasado por él.

c) La resistencia que posee.

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L A E L E C T R I C I D A D83. Energía y electricidad

¿Cuál es el fundamento físico de aparatos como el alternador o la dinamo?

¿Por qué para transportar la corriente eléctrica a grandes distancias se utilizan intensidades muypequeñas y tensiones muy elevadas?

¿Qué hay que hacer con la tensión de la corriente cuando se llega al lugar donde se va a utilizar?

¿Quién descubrió el fenómeno de la inducción electromagnética?

¿Qué condiciones son necesarias para inducir una corriente eléctrica?

¿Qué aplicaciones tienen las corrientes inducidas?

Dibuja lo que ocurre cuando el polo norte del imán se acerca hacia la bobina y cuando se aleja de ella.

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N S

NS

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NS

NS


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aS O L U C I O N A R I O

M E D I D A Y M É T O D O C I E N T Í F I C O

1. Etapas del método científico (Pág. 3)

Los criterios de clasificación pueden ser muy variados (or-gánico e inorgánico; animal, vegetal o mineral; etcétera).

Observación de hechos o fenómenos que hizo Galileo delmovimiento de oscilación de la lámpara que colgaba deltecho en la catedral de Pisa.

Descubrimiento de la ley del péndulo por parte de Galileo.

a) El rayo es un arma arrojadiza de inusitada violencia.

El trueno es un martillo.

b) A Zeus, divinidad suprema de la mitología griega, y aThor, dios escandinavo del rayo y el trueno.

c) Los rayos son descargas eléctricas que se producen en-tre dos nubes o entre las nubes y la tierra.

El trueno es el sonido fuerte que se escucha despuésde ser vistos los rayos por la expansión del aire al pasode la descarga eléctrica.

d) Benjamín Franklin fue el primero en demostrar que losrayos son chispas eléctricas gigantescas. Franklin hizovolar una cometa durante una tormenta, y cuando estafue alcanzada por un rayo, una chispa eléctrica saltó dela cuerda al suelo.

a) El grupo de control es aquel al que no se le ha suminis-trado el medicamento.

b) La variable es el medicamento y los síntomas de la en-fermedad.

b) El propósito del grupo de control es comparar los efectosque se aprecian cuando se utiliza o no la medicina.

Se puede tomar un bloque de madera sin pulir y arrastrarlopor una superficie lisa hasta que comience a moverse. Seanota el valor de la fuerza necesaria para desplazarlo me-diante un dinamómetro. A continuación, se pule la superfi-cie de contacto (se puede utilizar papel de lija) y se vuelvea medir con el dinamómetro. Si en este segundo caso lafuerza es menor, nuestra hipótesis queda confirmada.

a) A los 15 s recorre 75 m.

b) Para recorrer 180 m tarda 36 s.

c) A los 50 s se han recorrido 250 m.

a) Transcurridos 8 s el volumen de agua es de 80 cm3.

b) Tardaría 3,5 s en llenarlo.

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50

100

150

200

0 10 20 30

espacio (m)

tiempo (s)40

6

5

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3

2

1

12. La medida (Pág. 5)

Magnitudes físicas: distancia, masa, velocidad y potencia.

El resto no se consideran magnitudes físicas porque no sepueden medir.

a) 2,5 � 103 m d) 2,5 � 10�5 s

b) 10 �4 kg e) 3 � 10�7 kg

c) 2,16 � 104 s f) 3 � 106 W

V � 20 m � 10 m � 2 m � 400 m3

Capacidad � 400 m3 � 103 dm3/m3 � 4 � 105 dm3 � 4 � 105 L

El volumen de la canica es 13 cm3.

masa de mercurio � masa del recipiente con el mercurio �� masa del recipiente vacío � 263,02 g � 67,43 g � 195,59 g

densidad � � �

� 13,70 g/cm3 � 13 700 kg/m3

La altura de la torre es 115 m � 115 000 mm � 11 500 cm� 1 150 dm � 0,115 km.

a) Se han utilizado una balanza y una probeta.

b) Se determinarían midiendo el volumen de líquido des-plazado en una probeta.

c)

d) Ambas magnitudes son directamente proporcionales ysu valor es 0,5 g/cm3, es decir, 500 kg/m3.

e) La masa es 0,125 kg.

f) El volumen es 1 200 cm3.

195,59 g

14,28 cm3

masa

volumen

m (kg)

V (cm3)

0,25

0,75

0,50

1,00

1,25

1,50

1 000 2 000 3 000

8

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5

4

3

2

1

Ciudad

Omsk (Rusia)

Verano

18,5 291,5

Invierno

�22

°C K °C K

251

Praga 19 292 �0,5 272,5

Nápoles 25 298 9 282

Sevilla 28 301 11 284

Cádiz 25 298 12 285

0S3FQCEjercicios07.SOL 6/8/07 13:28 Página 34

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S O L U C I O N A R I O

La precisión de un instrumento de medida es la variaciónde magnitud más pequeña que dicho instrumento puedeapreciar o determinar.

La sensibilidad de un instrumento de medida, por su parte,es tanto mayor cuanto menor sea el valor de la variaciónque se puede apreciar.

El cronómetro es más preciso porque es capaz de determi-nar una variación de magnitud más pequeña que el reloj.

El cronómetro es más sensible.

Es mayor: 1,6 kg; 2 000 mm; 2 500 m; 150 minutos; 2 g/cm3

es igual a 2 000 kg/m3.

El alumno/a debe hacer un informe científico, en el que ex-plicará cómo determinar la densidad de un trozo de mine-ral: se obtiene la masa en una balanza y el volumen en unaprobeta, por desplazamiento del líquido; al dividir ambasmagnitudes, se obtiene la densidad.

L A D I V E R S I D A D D E L A M AT E R I A

1. Concentración de una disolución (Pág. 7)

Masa de cloruro de potasio � 0,7 g/L � 0,1 L � 0,07 g de KCl

% en masa = masa de soluto/masa de disolución � 100

Como tenemos la masa de disolución y el tanto por cientoen masa de soluto, entonces:

masa de NaOH � 20 % � 100 g/100 � 20 g de NaOH

masa de agua � 100 g de disolución � 20 g de NaOH � 80 g

Tenemos que aplicar la siguiente expresión:

% en volumen � � 100

para cada componente, conociendo el porcentaje de cadauno y el volumen total de disolución.

Por tanto, obtendremos: 60 cm3 de tetracloruro de carbo-no; 12 cm3 de ligroina; 3 cm3 de alcohol amilico.

Masa de ácido acético � � 45 g de ácido acé-tico.

% de NaCl � � 100 � 3,2 % de NaCl

Hasta 100 será de agua: 100 � 3,2 � 96,8 % de agua.

Masa de etanol � 10 % � 50 g/100 � 5 g de etanol

Hasta 50 g será de agua: 45 g de agua.

Masa de piroxicam � 0,5 % � 60 g/100 � 0,3 g de piroxi-cam.

Aplicamos la siguiente expresión para cada uno de loscomponentes:

Masa del componente �

Obtenemos: 0,110 5 mL de fluoruro de sodio; 0,461 mL deeucaliptol; 0,212 5 mL de mentol; 0,319 5 mL de timol y0,33 mL de salicilato de metilo.

a) Conocemos la cantidad de cada componente en 1 mL,en los 5 mL tendremos: 17,5 mg de neomicina; 5 mgde dexametasona y 0,2 mg de benzalconio.

% del componente � 500 mL

100

9

8

7

6

51,90 g de NaCl

59,4 g de disolución

410 % � 450 g

100

volumen de soluto

volumen de disolución

3

2

1

2

11

10

9 b) Aplicamos esta expresión para cada componente:

concentración (g/L) �

Y obtenemos: 3,5 g/L de neomicina; 1 g/L de dexame-tasona y 0,04 g/L de benzalconio.

volumen de alcohol �

masa de alcohol � volumen � densidad

masa de alcohol � 250 mL � 0,8 g/mL � 200 g de alcohol

2. Solubilidad de los gases en agua (Pág. 8)

Experimento 1

a) La solubilidad de estos gases disminuye al aumentar la tem-peratura.

b) Esto ocurre porque el gas está acumulado en el espacio en-tre el tapón y el líquido. Si la botella está muy fría, el gas seencuentra disuelto en el líquido.

c) Pueden morir, porque hay menos oxígeno disponible, di-suelto en el agua.

Experimento 2

a) La solubilidad del oxígeno en el agua aumenta al elevarse lapresión.

b) Al abrir la lata o la botella, disminuye la presión, y el gas escapa de la disolución, ya que se reduce su solubilidad.

3. Concentración y curvas de solubilidad(Pág. 9)

a) Según el número de componentes, la disolución es ter-naria.

b) El disolvente es el agua, y los solutos son el nitrato depotasio y el cloruro de potasio.

c) El porcentaje de nitrato de potasio es 2 %, y el porcen-taje de cloruro de potasio es 3 %.

a) Suponiendo que el volumen de disolvente coincidecon el volumen de la disolución, la concentración enmasa de la disolución es 0,1 g/mL.

b) Si la masa de cada sobre es de 2 g, el tanto por cientoen masa del almagato es 75 %.

a) La solubilidad del clorato de sodio y la del nitrato depotasio son las que varían más rápidamente con latemperatura.

b) A 10 °C, la solubilidad del clorato de sodio es de 90 gen 100 g de agua.

A 25 °C, la solubilidad del clorato de sodio es de 108 gen 100 g de agua.

c) La solubilidad del cloruro de sodio es la que menos va-ría con la temperatura.

d) En 100 g de agua a 20 °C se disuelven 8 g de K2SO4.

e) Se forma una masa de 80 � 30 � 50 g de KNO3.

f) Para preparar una disolución saturada de sulfato de co-bre hidratado a 45 °C, habría que disolver 30 g de estasustancia en 100 g de agua. Para preparar una disolu-ción sobresaturada, se disolvería más cantidad de sul-fato de cobre a una temperatura mayor y luego se dejaría enfriar la disolución hasta alcanzar los 45 °C.

3

2

1

10% de alcohol � volumen de disolución

100

masa de soluto

volumen de disolución

volumen de alcohol � � 0,25 L � 250 mL 25 % � 1 L

100


36

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M AT E R I A Y P A R T Í C U L A S

1. El barómetro (Pág. 10)

Con un tubo de vidrio de 1 m de largo, cerrado por uno desus extremos y lleno de mercurio. Se tapona el orificio y sesumerge verticalmente en una cubeta de mercurio. La al-tura del mercurio indica el valor de la presión en mmHg.

En el espacio libre de la parte superior del tubo queda vacío.

Volcar un vaso lleno de agua tapado con una cartulina,succionar líquido con una pipeta o una pajita, introduciragua caliente en un recipiente y cerrarlo, etcétera.

p � 10�4 atm � 7,6 � 10�2 mmHg � 0,101 3 mb

2. Las leyes de los gases (Pág. 11)

a) Es un volumen fijo.

b) El gas en el interior del recipiente se encuentra compri-mido con mucha presión.

c) Si aumentamos la temperatura se eleva la presión.

d) Aplicamos la segunda ley de Gay-Lussac:

�

� 1,08

p2 � 1,08 � p1

e) Porque aumentaría tanto la presión que el recipienteexplotaría.

No, porque la temperatura tiene que venir dada en kelvin.Y lo único que pasa es que se aumenta un grado la tempe-ratura y no se duplica.

3. La teoría cinética y los estados de agregación (Pág. 12)

Un diseño podría ser el siguiente: se echa humo en unaprobeta, se tapa con una mano y, al retirarla, vemos cómoel humo sale de la probeta y se dispersa por la habitación.

Si dispusiéramos de bromo, que es un gas rojizo, se visuali-zaría aún mejor la difusión del humo en el aire.

El segundo diseño podría consistir en disolver un terrón ouna cucharada de azúcar o también varias gotas de tintaen un vaso con agua.

Otros fenómenos que demuestran que la materia esá for-mada por partículas son el hecho de que el humo se mue-ve, los gases se difunden y los sólidos se disuelven.

p1

T1

1

2

p2

p1

p2

T2

1

5

4

3

2

1

3El permanganato de potasio está formado por partículasque se mezclan con las del agua, razón por la cual todo ellíquido se vuelve de color púrpura.

De acuerdo con la teoría cinética de la materia, las partícu-las que forman el polvo están en continuo movimiento ycambian de dirección al chocar constantemente con laspartículas del aire.

a) Gas.

b) Sólido.

c) Líquido.

Sólido: c) y d); Líquido: b) y e); Gaseoso: a) y f).

4. La teoría cinética y los cambios de estado (Pág. 13)

Porque las partículas de la colonia necesitan menos ener-gía para escapar del estado líquido y, por consiguiente, paraevaporarse.

La temperatura de una sustancia pura se mantiene cons-tante durante el cambio de estado.

Tres propiedades características de una sustancia pura sonsu densidad, su punto de fusión y su punto de ebullición.

Consúltese la página 62 del Libro del alumno.

Porque al subir la temperatura, aumenta tanto la presióndel gas contenido en el recipiente que este puede llegar aestallar.

a) Fusión.

b) Condensación.

c) Solidificación.

T E O R Í A AT Ó M I C O M E L E C U L A R

1. Sobre las leyes de las reaccionesquímicas (Pág. 14)

Reaccionará 1 g de azufre.

Aplicando la ley de conservación de la masa, se obtendrán5 g de sulfuro de cubre.

Aplicando la ley de conservación de la masa, se obtienen22 g de dióxido de carbono.

porcentaje de carbono � � 100

porcentaje de carbono � � 100 � 27,27 %

Por la ley de conservación de la masa se habrán consumi-do: 133,5 g de cloruro de aluminio � 27 g de aluminio ��106,5 g de cloro

porcentaje de aluminio � � 100 � 20,22 % de alu-minio

627 g

133,5 g

5

6 g

22 g

4masa de carbono

masa de dióxido de carbono

3

2

1

4

6

5

4

3

2

1

5

4

3

2

Atmósferas

1

mmHg

760

Milibares

1 013

1,5 1 140 1 519,5

1,01 772,7 1 030

0,75 570 759,7

�p1

298 K

p2

323 K

porcentaje de oxígeno � � 100 � 72,72 %16 g

22 g

porcentaje de cloro � � 100 � 79,77 % de cloro106,5 g

133,5 g


37

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mic

a


Se trata de una reacción porque se obtiene una sustanciadiferente de la de partida.

La ley de conservación de la masa.

� � � � 3

Como conocemos la proporción de masa de óxido de cal-cio/masa de agua, podemos calcular la masa de agua quese necesita:

masa de agua � 5,6 g de óxido de calcio/3 � 1,8 g de agua

Por la ley de conservación de la masa se obtiene:

5,6 g � 1,8 g � 7,4 g de hidróxido de calcio

Como conocemos la proporción de masa de óxido de cal-cio/masa de agua, podemos calcular la masa de óxido decalcio que reacciona:

masa de óxido de calcio � 3 � 3,6 g de agua � 10,8 g deóxido de calcio

Por la ley de conservación de la masa se obtiene:

10,8 g � 3,6 g � 14,4 g de hidróxido de calcio

2. Cantidad de sustancia, mol y volumenmolar (Pág. 16)

a) El mol, unidad de cantidad de sustancia designa todo conjunto de partículas idénticas que contenga6,022 � 1023 de estas partículas.

b) Un mol de hidrógeno contiene 6,022 � 1023 moléculasde hidrógeno y ocupa 22,4 litros en condiciones nor-males de presión y temperatura.

c) 0,1 mol de hidrógeno contiene 6,022 � 1022 moléculasde hidrógeno y ocupa 2,24 litros en condiciones nor-males de presión y temperatura.

d) 10 mol de hidrógeno contiene 6,022 � 1024 moléculasde hidrógeno y ocupan 224 litros en condiciones nor-males de presión y temperatura.

Hay el mismo número de moléculas en 10 mol de hidróge-no y en 10 mol de metano, porque 1 mol de cualquier sus-tancias contiene 6,022 � 1023 moléculas.

Hay el mismo número de moléculas porque volúmenesiguales de gases diferentes, medidos en las mismas condi-ciones de presión y temperatura, contienen un númeroidéntico de moléculas.

a) Falso. c) Verdadero.

b) Verdadero. d) Falso.

5

4

3

2

1

12

11

10masa de óxido de calcio

masa de agua

56 g

18 g

28 g

9 g

112 g

36 g

9

8

7 E S T R U C T U R A AT Ó M I C A

1. Electrización de la materia (Pág. 17)

La carga es de 10 C.

El cuerpo está cargado positivamente.

El cuerpo está cargado negativamente.

El peine y el pelo se electrizan por frotamiento y adquierencargas opuestas, lo que provoca que se atraigan.

El péndulo eléctrico se carga por inducción sin necesidadde entrar en contacto con el cuerpo cargado.

Porque así pierde las cargas eléctricas que se acumulan enla carrocería por el rozamiento con el aire.

Para poner de manifiesto los fenómenos de electrización.

Es un instrumento que permite estudiar los fenómenoseléctricos. Consta de una bolita de médula de saúco quecuelga de un soporte mediante un hilo muy fino de seda.

Porque los objetos terminados en punta tienden a acumu-lar la carga eléctrica presente en la tierra y pueden atraerlos rayos.

2. La ley de Coulomb (Pág. 18)

a) Las cargas del mismo signo se repelen; entre ellas seorigina una fuerza de repulsión.

b) Las cargas de distinto signo se atraen; entre ellas seorigina una fuerza de atracción.

c) La fuerza ejercida entre dos cargas eléctricas es direc-tamente proporcional al producto de dichas cargas einversamente proporcional al cuadrado de la distanciaque las separa.

Los experimentos de electrización ponen de manifiesto nosolo que hay dos tipos de cargas eléctricas, sino que exis-ten también dos tipos de fuerzas eléctricas de atracción yde repulsión.

Las primeras actúan entre cargas eléctricas distintas; lassegundas lo hacen entre cargas idénticas.

Los nombres que reciben estos dos tipos de carga son ne-gativas y positivas.

a) Falso. La fuerza ejercida entre dos cargas eléctricaspuede ser atractiva o repulsiva.

b) Falso. La fuerza eléctrica depende del valor de las car-gas, de la distancia a la que estas se encuentran entresí y del medio en que estén situadas las cargas.

c) Verdadero.

Aplicando la ley de Coulomb:

a) 5,62 N

b) 0,07 N

c) 0,80 N

Se atraerán con una fuerza de 2,25 � 107 N.

Aplicando la ley de Coulomb:

a) 0,9 N

b) 0,01 N

c) 0,129 N

6

5

4

3

2

1

9

8

7

6

5

4

3

2

1

5Óxido de calcio

(cal viva)

56 g

Agua

18 g

Hidróxido de calcio(cal apagada)

74 g

28 g 9 g 37 g

112 g 36 g 148 g

Volumen 224 L de H2 67,2 L de H2 2,24 � 104 L de H2

Cantidad desustancia 10 mol 3 mol 1 000 mol

Número demoléculas 6,022 � 1024 1,807 � 1024 6,022 � 1026


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Gráfica de la fuerza de repulsión de las cargas en funciónde la distancia que las separa:

3. Isótopos (Pág. 20)

Se llaman isótopos aquellos átomos de un mismo elemen-to que tienen el mismo número atómico, pero que se dis-tinguen entre sí por tener diferente número másico.

Los isótopos tienen el mismo número de protones, perodiferente número de neutrones.

Son isótopos el X y el R, y el Y y el Z.

a) A y B son isótopos del mismo elemento; C y D tambiénson isótopos del mismo elemento.

b) B y C no son átomos del mismo elemento. C y D sí sonátomos del mismo elemento.

RESPUESTA LIBRE.

a) representa neutrones.

+ representa protones.

– representa electrones.

b) El número másico del protio es 1; el del deuterio, 2, y eldel tritio, 3.

6

5

4

3

2

1

fuerza (N) x 102

90

80

70

60

50

40

30

20

10

01 2 3 4 5

distancia (m)0

8

7 Rellena las casillas en blanco de la tabla siguiente:

4. Isótopos y masa atómica relativa (Pág. 21)

No tenía razón porque no había previsto la existencia deisótopos.

No son elementos diferentes; son isótopos del mismo ele-mento.

Reciben el nombre de isótopos.

La fila B.

Ambas son unidades muy grandes y habría que utilizarmuchas cifras decimales.

La masa atómica relativa es 100,2.

La masa atómica relativa es 1,003.

5. Dibujando átomos (Pág. 22)

protio deuterio tritio

E L E M E N T O S Y C O M P U E S T O S

1. La tabla periódica (Pág. 23)

Döbereiner observó que determinados grupos de tres ele-mentos presentaban cierta regularidad en sus propiedades.

1

6

3 5

2 4

1

_

+

_

+

_

+

7

6

5

4

3

2

1

7Distancia (m)

10�2

Fuerza (N)

90

2 � 10�2 90/4

3 � 10�2 10

4 � 10�2 90/16

5 � 10�2 90/25

Ca

N.ºatómico

20

protones

20

electrones

20

neutrones

20

N.ºmásico

40

F 9 9 9 10 19

P 15 15 15 16 31

N 7 7 7 7 14

--

----

----

--------

---- --

++

++

++

+

--

----

----

--------

---- --

++

++

++

+

------

----

----

----

----

---- --

+++++

++

+

------

----

----

----

----

---- --

+++++

++

+


39

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mic

a


El símbolo químico de un elemento representa su nombre.Si tiene una sola letra, esta se escribe en mayúscula, y sitiene dos, la primera figura en mayúscula y la segunda enminúscula.

Los elementos de una misma fila tienen el mismo númerode capas electrónicas.

La afirmación es verdadera.

Tiene el mismo número de electrones situados en la capamás externa.

La afirmación es verdadera.

El elemento número 9 es el flúor. Pertenece al grupo 17 yal segundo período.

Elementos del mismo grupo: cloro, bromo, yodo y astato.

Elementos del mismo período: litio, berilio, boro, carbono,nitrógeno, oxígeno y neón.

El sodio, magnesio, aluminio, fósforo, azufre, cloro y argóntienen el mismo número de capas electrónicas que el silicio.

2. Átomos y moléculas (Pág. 24)

a) Los elementos del grupo 18 tienen 8 electrones en laúltima capa, menos el helio, que tiene 2.

b) Todos tienen la última capa completa.

El agua en estado sólido presenta una estructura cristalinaabierta en la que las moléculas de agua están unidas entresí. Cuando el hielo se funde, esta estructura desaparece y lasmoléculas de agua en estado líquido están más juntas entresí que en estado sólido por lo que el volumen es menor.

Las propiedades que tienen en común son las siguientes:

� Son gases, líquidos o sólidos, pero estos últimos son frá-giles, quebradizos o blandos y de aspecto céreo.

3

2

2

1

8

7

6

5

4

3

� Salvo el amoniaco, son insolubles en agua, pero sí sonsolubles en disolventes como la gasolina o la acetona.

� Sus puntos de fusión y de ebullición son muy bajos.

� Son malos conductores del calor y de la electricidad.

3. Formando agregados de iones (Pág. 25)

El átomo de litio tiene un solo electrón en la capa externa.

a)

b) Para conseguir tener su última capa completa, tieneque perder el único electrón que está en ella.

c)

El átomo de flúor tiene 7 electrones en la capa externa.

a)

b) Para conseguir tener su última capa completa, debeganar un electrón.

c)

a) El átomo de litio y el átomo de flúor se unen en el fluoru-ro de litio mediante la fuerza electrostática entre iones.

4. Cantidad de sustancia (Pág. 26)

Masa molar FeO � 72 g/mol

Masa molar Fe2O3 � 160 g/mol

% Fe en el FeO � 78 %

% Fe en el Fe2O3 � 70 %

Masa molar KNO3 � 101 g/mol; % N � 14 %

Masa molar NaNO3 � 85 g/mol; % N � 16 %

Masa molar KOH � 56 g/mol

En 56 g de KOH hay 1 mol de esta sustancia.4

3

2

1

3

Li F Li F

+ _

F

átomo de flúor, F

gana

un electrón

ion flúor, F�

F

F

átomo de flúor, F

2

Li Li

átomo de litio, Liion litio, Li�

pierde

un electrón

Li

átomo de litio, Li

1

Elemento

Helio

Neón

Argón

Criptón

Xenón

He

Ne

Ar

Kr

Xe

2

10

18

36

54

2

10

18

36

54

Símbolo Z N.º deelectrones

Configuraciónelectrónica


40

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La masa de 2,5 mol de hidróxido de potasio es 140 g.

Masa molar � 28 g/mol

Hay 1,204 � 1024 moléculas de CO.

14 g de CO es 0,5 mol de esta sustancia y contiene3,011 � 1023 moléculas de CO.

Hay 10 mol de este gas.

Esa cantidad corresponde a 0,1 mol de CO y su masa es 2,8 gde este gas.

C A M B I O S Q U Í M I C O S Y S U S R E P E R C U S I O N E S

1. Características de las reaccionesquímicas (Pág. 27)

Exotérmicas.

Endotérmicas.

Por ejemplo, la reacción entre el carbono y el vapor deagua para dar monóxido de carbono e hidrógeno.

C (s) � H2O (g) � CO (g) � H2 (g)

a) C6H12O6 (s) � 6 O2 (g) � 6 CO2 (g) � 6 H2O (l)

b) C (g) � O2 (g) � CO2 (g)

c) 2 Cu (s) � O2 (g) � 2 CuO (s)

d) 2 H2 (g) � O2 (g) � 2 H2O (g)

e) SO3 (g) � H2O (l) � H2SO4 (aq)

f) CaO (s) � H2O (l) � Ca(OH)2 (aq)

a) 2 HCl (aq) � Ca(OH)2 (s) � CaCl2 (aq) � 2 H2O (l)

b) CH4 (g) � 2 O2 (g) � CO2 (g) � 2 H2O (l)

c) Zn (s) � 2 HCl (aq) � ZnCl2 (aq) � H2 (g)

d) 4 Sb (s) � 3 O2 (g) � 2 Sb2O3 (s)

e) PCl3 (aq) � 3 H2O (l) � H3PO3 (aq) � 3 HCl (l)

a) 4 Ag (s) � O2 (g) � 2 Ag2O (s)

b) 2 Fe (s) � O2 (g) � 2 FeO (s)

c) Li2O (s) � H2O (l) � 2 LiOH (aq)

d) 2 LiOH (aq) � H2SO4 (aq) � Li2SO4 (aq) + 2 H2O (l)

2. Estequiometría de las reaccionesquímicas (Pág. 28)

La ecuación está ajustada y como la proporción es 1:1, lacantidad de CO2, que se forman al quemar 21 g de carbono,es 77 g.

La ecuación está ajustada y como la proporción es 1:1, lacantidad de agua, que se necesita para obtener 98 g (1 mol)de ácido sulfúrico, es 18 g (1 mol).

a) La cantidad de agua necesaria para que reaccione con1 mol de óxido de calcio es 1 mol.

b) Se requieren 3 214 g de agua.

a) AgNO3 (aq) � NaCl (aq) � AgCl (aq) � NaNO3 (aq)

b) Se obtiene 1 mol de cloruro de plata.

c) Se obtienen 8,4 g de cloruro de plata.

d) Reacciona con 1 mol de cloruro de sodio.

4

3

2

1

6

5

4

3

2

1

7

10

9

8

7

6

5 3. Tipos de reacciones químicas (Pág. 29)

Cuando un sólido se funde desaparecen o disminuyen lasfuerzas de atracción entre las partículas que lo forman.Cuando un compuesto se descompone son las fuerzas deatracción dentro de cada partícula las que desaparecen yen la reorganización se forman nuevos compuestos o mo-léculas de elementos.

a) 2 KCl (aq) � Cl2 (g) � 2 K (s)

b) 2 KClO3 (aq) � 2 KCl (aq) � 3 O2 (g)

c) 2 CuCO3 (aq) � 2 CuO (aq) � 2 CO2 (g)

d) MgCl2 (s) � Mg (s) � Cl2 (g)

Porque al finalizar la reacción se recuperan por completo einalterados.

a) 1-2; b) 5-6; c) 7; d) 8-9; e) 13-14.

La sustancia a) dará un color rojo y la e), azul.

Cuando reacciona un ácido con una base se forma una saly agua. Se produce una reacción de neutralización.

HCl (aq) � NaOH (aq) � NaCl (aq) � H2O (l)

L A E L E C T R I C I D A D

1. Ley de Ohm (Pág. 30)

Debemos insistir en las posiciones correctas que ocupan elamperímetro y el voltímetro en un circuito eléctrico.

a)

b) Se obtiene una línea recta. La ecuación matemática ala que se ajusta es ddp/intensidad � constante.

c) La intensidad de corriente que circula por el conductordepende de la ddp aplicada entre sus extremos. La re-lación que existe entre ambas magnitudes (V/I) es cons-tante. Esta constante es la resistencia del conductor.

2

I1 2 3 4 5

5

10

15

V

1

8

5

4

3

2

1

Magnitud

Diferencia de potencial

Símbolo

V

Unidad

Voltio

Fuerza electromotriz � Voltio

Intensidad de corriente I Amperio

Resistencia R Ohmio

Potencia P Vatio

Energía E Julio


41

Físi

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mic

a


Intensidad de corriente.

La intensidad de corrientes es 1 A.

Resistencia.

Fuerza electromotriz.

2. La selva de las unidades de energía (Pág. 31)

a) 4,806 � 10�19 J

b) 8,01 � 10�15 J

c) 10,23 eV

a) 9 � 107 J

b) 100 kW � h

c) 0,5 kW � h

a) 2,09 � 1012 J

3. Energía y electricidad (Pág. 32)

Se despeja la intensidad de la expresión que relaciona lapotencia con la ddp y la intensidad.

I � P/V � 3 000 W/220 V � 13,64 A

Aplicamos la ley de Ohm:

V � R � I; R � V/I

R � 220 V/13,64 A � 16,13 �

La energía que desprende esta estufa se puede determinarmediante la siguiente expresión:

E � P � t � 3 000 W � 3 600 s � 1,08 � 107 J

Primero tenemos que calcular la cantidad de corrienteeléctrica que pasa por el conductor si la intensidad es de0,5 A.

I � Q/t; Q � I � t

Q � 0,5 A � 1 s � 0,5 C

Como la carga de un electrón es 1,6 � 10�19 C, tendremosque circulan 3,125 � 1018 electrones en 1 s.

La intensidad la podemos calcular de la siguiente expre-sión:

P � V � I

I � P/V = 100 W/220 V � 0,45 A

Por la ley de Ohm calculamos la resistencia:

V � R � I

R � V/I � 220 V/0,45 A � 488,9 �

La energía consumida se calcula así:

E � P � t � 100 W � 3 600 s � 3,6 � 105 J

La relación entre la potencia, la ddp y la intensidad es:

P � V � I � 220 V � 3 A � 660 W

6

5

4

3

2

1

3

2

1

6

5

4

3 Lo primero que tenemos que hacer es pasar los kW � h a julios. Sabemos que 1 kW � h � 3 600 000 J; por tanto 1,5 kW � h son 5,4 � 106 J.

Ahora aplicamos la siguiente expresión:

P � E/t � 5,4 � 106 J/1 800 s � 3 000 W

a) E � P � t � 1 250 W � 5 400 s � 6,75 � 106 J

b) I � P/V � 1 250 W/220 V � 5,7 A

c) R � V/I � 220 V/5,7 A � 38,6 �

El fundamento físico del alternador y la dinamo es la in-ducción electromagnética. Son dispositivos que generancorriente eléctrica.

Para reducir las pérdidas de corriente en el transporte alarga distancia.

Pasarla por unos transformadores para reducir aún más laddp para su distribución y utilización.

Michael Faraday descubrió la inducción electromagnética.

Que un imán y una bobina estén muy cerca entre sí y unode los dos se esté moviendo.

Las corrientes inducidas se utilizan para transformar ener-gía mecánica en energía eléctrica mediante alternadores ydinamos. En las centrales eléctricas se utilizan los alterna-dores.

0

NS

NS

0

N S

NS

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10

9

8

7

15


1. etapas del método científico - ies castilblanco de ... · pdf filecalcula la...

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